Hoe wetenschappers de evolutie naspelen in de computer
Wil je weten hoe een koe er over twintig generaties uitziet als je alleen de sterkste melkgevers laat fokken? Daar hoef je niet jaren op te wachten. Wetenschappers bouwen complete dieren en hun erfelijke eigenschappen na in de computer, en spelen de evolutie als het ware in versneld tempo af.
Dit heet genetische simulatie. Je laat een computerprogramma nadoen hoe erfelijke informatie, het DNA, van generatie op generatie verandert. Zo kun je testen wat er gebeurt met een dierenras of gewas, zonder dat je echt tientallen jaren hoeft te fokken en te wachten.
Waarom namaken wat de natuur al doet?
Een overzichtsartikel van onderzoekers op het gebied van dierfokkerij en genetica legt uit waarom simulaties zo nuttig zijn. Je kunt ermee testen of een nieuwe fokmethode werkt, voordat je hem in het echt uitprobeert op een kudde koeien of een akker met tarwe. Dat scheelt tijd, geld en risico.
Ook in de evolutiebiologie zijn simulaties onmisbaar. Wil je weten hoe twee diersoorten zich miljoenen jaren geleden uit elkaar ontwikkelden? Dan kun je dat proces in de computer nabootsen en vergelijken met wat je in echt DNA terugvindt.
Drie verschillende gereedschappen
Het artikel bespreekt drie veelgebruikte computerprogramma's, elk met een eigen aanpak.
Het eerste heet msprime. Dit programma werkt achterstevoren: het begint bij het DNA van nu en rekent terug naar de gemeenschappelijke voorouders. Dat heet een "coalescent"-model, een manier om stamboom-achtige verbanden tussen stukjes DNA te reconstrueren.
Het tweede heet SLiM. Dit programma werkt juist vooruit in de tijd: je laat virtuele dieren of planten generatie na generatie voortplanten, muteren en sterven, en kijkt wat er na verloop van tijd uitkomt. Dit noemen onderzoekers een "forward-in-time" simulator.
Het derde programma, AlphaSimR, krijgt in het artikel de meeste aandacht. Dat komt omdat dit programma speciaal is gemaakt voor fokkerij. Het simuleert niet alleen los DNA, maar ook meetbare eigenschappen zoals melkproductie, groeisnelheid of ziekteresistentie: eigenschappen die door veel genen samen worden bepaald. Dat maakt het bijzonder bruikbaar voor iedereen die met veeteelt of gewassenveredeling werkt.
Tot slot laat het artikel zien hoe je zelf, met een simpele programmeertaal als R, een eigen kleine genetische simulatie kunt schrijven. Met een paar regels code kun je al een basisversie van erfelijkheid nabootsen.
Wat betekent dit (nog) niet
Dit is geen nieuwe wetenschappelijke ontdekking over hoe dieren of planten evolueren. Het is een inleidend overzichtsartikel dat uitlegt welk gereedschap onderzoekers al gebruiken en hoe je ermee aan de slag gaat. Je moet het dus zien als een soort gebruikshandleiding voor andere wetenschappers, niet als een doorbraak die iets nieuws aantoont over de natuur zelf.
Toch is dit soort werk belangrijker dan het misschien lijkt. Simulaties zoals deze liggen aan de basis van beslissingen in de fokkerij, van melkkoeien tot graanrassen, en van onderzoek naar hoe soorten door de tijd heen veranderen. Zonder dit "digitale testlab" zouden veel ontdekkingen in de genetica veel langzamer gaan.
Bron: Introduction to genetic simulation for animal breeding and genetics